海洋地质学-4第四章地质年代与地质作用-2.ppt

第二节 地质作用,一、地质作用概述 二、内力地质作用及地貌 三、外力地质作用与地貌,一、地质作用的概念,地质作用： 地球科学把由自然动力所引起的地壳或岩石圈的物质组成、结构、构造及地表形式等不断发生变化的各种作用叫做地质作用。,地质营力:引起地质作用的力称为地质劳营力。 地质作用是自然界的雕刻大师。,地质作用的类型 根据地质营力的来源不同，把地质作用分为内动力地质作用和外动力地质作用。 内动力能量来源于地球内部的能源：主要包括地球的旋转能、重力能、热能，此外还有矿物的结晶能、物质变化的化学能等。,外动力能量来源于地球的外部：主要包括太阳的辐射能、日月引力能、和生物能。 在地壳的演化中，内动力地质作用起主导作用。地表起伏夷平外动力,1、内力地质作用又分为 岩浆作用（侵入作用、喷发作用） 变质作用（热力变质作用、动力变质作用、区域变质作用） 构造运动（水平运动、垂直运动） 地震作用（构造地震、火山地震、陷落地震）,2、外力地质作用又分为 风化作用（物理风化、化学风化、生物风化） 剥蚀作用（机械剥蚀作用、化学剥蚀作用） 搬运作用（风的吹蚀、地面流水侵蚀、地下水的潜蚀、湖水及海水的冲蚀、冰川的刨蚀） 沉积作用（机械沉积作用、化学沉积作用、生物沉积作用、掺合作用） 成岩作用（胶结作用、压实作用、重结晶作用、交代作用）,二、内力地质作用,内力地质作用地球内部营力引起地壳物质成分、地表形态、构造发生变化的地质作用。 包括岩浆作用、变质作用、构造运动和地震。,大洋中脊,岩浆作用 ： 岩浆的形成、演化、直至冷凝，岩浆本身发生的变化以及它对周围岩石的影响的全部过程称为岩浆活动或岩浆作用。,岩浆作用（侵入作用、喷发作用）,岩浆作用的分类： 喷出作用：岩浆喷出地表的作用称为喷出作用，又称火山作用。火山喷发方式有两种包括中心式喷发、裂隙式喷发。 侵入作用：深部岩浆向上运移，侵入周围岩石而未到达地表，称为侵入作用。,（一）喷出作用：岩浆沿一定的通道喷出地表的作用称为喷出作用，又称火山作用。 火山习惯上分为：活火山现在仍在继续活动的火山；休眠火山人类历史上喷发过近代处于相对稳定的火山；死火山，地史时期喷发过现在没有活动能力的火山。,1、火山的结构： 火山堆： 火山通道：火山颈： 火山口：火山湖：火山口的熔浆冷凝收缩成的凹地积水。,2、火山的喷发产物： 气体喷发物 以水蒸气为主,其含量可达70%以上，其次CO2、N2、Ar、SO2等。 固体喷发物 按其性质与大小可以分为火山灰、火山弹、火山砾、火山渣、火山块等。又称为火山碎屑物。,液体喷发物 其形成熔岩。熔岩有熔岩被、熔岩瀑布等多种形式,陆相喷发的熔岩表面多为绳状或波状构造。 熔岩在散热冷凝过程中常形成柱状节理。,3、喷出岩：由火山喷发形成的岩石通称喷出岩。岩浆在火山通道内冷凝形成的岩石称为次火山岩。次火山岩的成因及时、空都与火山岩有密切联系，属于广义的火山岩。,（二）侵入作用 侵入作用：岩浆从源地沿地壳薄弱带向上运移，侵入地壳上部地层，随着温度降低，在未到达地表就冷凝成岩石的地质过程称为侵入作用。 侵入体：岩浆在地壳中不同深度冷凝后形成的各种岩浆岩体。 围岩：侵入体周围的岩石叫围岩。,（二）侵入作用 侵入作用分为：浅成侵入和深成侵入。 1、浅成侵入作用：在地壳浅部（36km以上）地层承受的静压力较小，脆性大，在断裂发育的部位，由于层间结合松散，岩浆以机械力为主挤入围岩的过程。 由其所形成的岩体叫浅成侵入体。常见的浅成侵入体有：岩床，岩饼、岩盘、岩墙（岩脉）,（二）侵入作用 2、深成侵入作用：发生在地壳较深处（3-6km以下）由于压力和温度较高，岩浆以热力熔化围岩，且自身缓慢冷却的过程。 由其所开成的岩体叫深成侵入体。主要成岩基、岩株。深成侵入岩矿物为全晶质等粒的粗中粒结构。,3、岩浆在侵入围岩的过程中岩浆与围岩之间发生的作用: 同化作用与混染作用地下深处的原始岩浆在向地壳浅部的运移过程中部分地熔融围岩并使围岩成分混染于岩浆之中的过程。 由于同化、混染作用的存在，原始岩浆的种类只有数种，却可以形成多种不同成分的岩石。 混入岩浆中未熔化的围岩碎块称为捕虏体。 结晶分异作用 指一种成分的岩浆按矿物熔点的高低可依次结晶出不同成分的矿物，并依次形成不同种类的岩石。,岩浆岩:主要有侵入和喷出两种产出情况。 4、侵入岩：侵入在地壳一定深度上的岩浆（包括熔融围岩所形成的岩浆）经缓慢冷却而形成的岩石，称为侵入岩。 或者说：在许多情况下，岩浆并未到达地表，而是停留在地壳中的某个位置上，并逐渐冷却，最终形成侵入岩。 侵入岩固结成岩需要的时间很长。地质学家们曾做过估算，一个2000米厚的花岗岩体完全结晶大约需要64000年。,变质作用（热力变质作用、动力变质作用、区域变质作用）,1、变质作用：指原岩处于特定的地质环境中，由于物理化学条件的改变，使其在固态条件下其矿物成分、结构、构造发生改变而形成新的岩石的过程。,2、变质作用的原岩：可以是沉积岩、岩浆岩、或先期的变质岩。 3、岩石发生变质作用的标志：看岩石是否有重结晶现象或有无变质矿物出现。,变质作用通常发生在高温高压条件下。 4、变质岩的温度范围：150度700（900）度。 对于沉积岩而言：150度以下，为成岩作用范畴； 对于岩浆岩与变质岩而言（固液态条件）：熔融岩浆作用，固态变质作用，温度：700900度）,5、变质作用的因素： 温度是引起变质作用的主导因素，温度升高导至岩石重结晶、加速变质反应和交代作用； 压力包括静压力、定向压力和流体压力。压力可使岩石中的矿物重结晶并呈定向排列或发生机械改造，从而形成变质岩特有的结构和构造。 化学活动性流体（主要为水和二氧化碳，其次还包含有各种常见离子的溶液）促进岩石组分的溶解与重结晶，并可带走或带入一部分化学成分。另外流体可以降低岩石的重熔温度。,6、变质作用的类型： （1）接触变质作用：在岩浆岩体与围岩接触的部位上，由于岩浆的散热和活动性流体所引起的一种变质作用。（温度高300-800度，压力低20-300MPa）温度，与活动性流体为主要因素。 进一步划分为： 热接触变质作用；接触交代变质作用。,热接触变质作用：岩浆热力烘烤。 接触交代变质作用：岩浆中的挥发性组分与围岩之间发生的物质交换,夕卡岩(skarn) 主要由富钙或富镁的硅酸盐矿物组成 。矿物成分主要为石榴子石类、辉石类和其他硅酸盐矿物。细粒至中、粗粒不等粒结构，条带状、斑杂状和块状构造。根据成分可分为钙质夕卡岩镁质夕卡岩硅酸盐夕卡岩,大理岩,6、变质作用的类型： （2）动力（碎裂）变质作用：由构造运动所产生的定向压力引起岩石发生破碎、变形和重结晶等的一种变质作用。,千枚岩：显微变晶片理发育面上呈绢丝光泽的低级变质岩。常为细粒鳞片变晶结构，粒度小于0.1毫米，在片理面上常有小皱纹构造。,6、变质作用的类型： （3）区域变质作用：通常在大范围（区域变质带常长数百至数千米；宽数十至数百米；深度与厚度可达几千至几万米）内发生一种变质作用。,高压：20-100MPa； 高温：200900度； 大范围内稳定。,代表性岩石有板岩、片岩、片麻岩。,6、变质作用的类型： （4）混合岩化作用：原岩由高温变质作用形成的岩石和局部熔融的岩石互相混合的作用称混合岩化作用。兼有变质岩与岩浆岩的双重特征。 混合岩在自然界中较多。,构造运动,构造运动指地壳内部营力引起地壳或岩石圈物质的机械运动。 地壳运动的方向有水平运动和垂直运动之分。地壳运动的速度一般在0.2cm/年4cm/年左右（喜马拉雅山为1 cm/年2 cm/年，洋中脊为2 cm/年4 cm/年）。 地壳运动的产物有褶曲、褶皱、断层（阶梯状、叠瓦状、地堑、地垒）、地层的不整合等。,构造（地壳）运动的类型 水平运动、垂直运动,垂直运动又称升降运动，指地壳或岩石圈沿大地水准面方向发生大规模的上升或下降的运动。 垂直运动引起海陆变迁、地势高低改变、岩体的垂直位移以及层状地层岩石形成大型平缓变曲。,水平运动指沿大地水准面方向的运动，表现为大规模的水平位移。 水平运动引起地壳的拉张、挤压、平移、旋转，从而使岩层发生弯曲与断裂。地形上形成山脉和盆地。,水平运动、垂直运动相辅相成,地震作用,由地震引起的地壳（岩石圈）岩石构造和地表形态发生改变的地质作用，按地震的成因又可以分为构造地震作用、火山地震作用和塌陷地震作用。,三、外力地质作用与地貌,1、 外力地质作用地球以外的自然动力（太阳辐射能、日月引力能等）引起地表岩石破坏、搬运、沉积等作用。外力地质作用迫使地表削高填低，高处被夷平。,2、外力力地质作用按作用的介质条件分类：,3、按作用方式分类：,一、风化作用由于温度、气体（O2、CO2）、水溶液、生物等作用使岩石、矿物的物理形态或化学成分在原地发生变化，从而形成松散堆积物的过程。,（一）、风化作用种类 1、物理风化作用：只使地壳岩石、矿物发生机械破碎、而不改变化学成分的作用。 （1）物理风化作用的主要因素：岩石释重、温差、冰劈、结晶撑裂作用。 （2）物理风化的产物：碎屑物质、溶解物质和残余物质。,（一）、风化作用种类 2、化学风化作用：由于氧、水和水溶液等因素的影响，使地表岩石、矿物在原地发生化学变化并产生新矿物的过程。 （1）化学风化的方式：,氧化作用：变色，改性 水溶液的作用包括： 溶解作用；水化作用；水解作用；碳酸化作用,（2）化学风化作用的产物： 溶于水的可迁移物质：盐类离子类。 难溶于水堆积在原地的残积物。石英碎屑、铝土、褐铁类。,（一）、风化作用种类 3、生物风化作用：指由于生命活动及生物化学过程对岩石及矿物产生破坏的过程。 生物风化作用的方式：生物机械风化作用；生物化学风化作用。主要是微生物的作用。,（二）风化壳地球表面遭受长期风化剥蚀后残留在原地的岩石表层。从上到下可分为土壤层、坡积层、残积层和基岩层。 1、E前形成的风化壳叫古风化壳，E后形成的风化壳叫现代风化壳。,2、研究风化壳的意义： 代表一个长期的沉积间断； 风化壳的发育情况及成分、产状反映自然地理条件，能帮助研究古地理和古气候； 古风化壳是油气运移的通道和储集层； 是某些风化矿产品集中的地方（高岭土、铁、铝土矿等）； 是工程项目应处理和加固的地方。,二、剥蚀作用,剥蚀作用指各种运动介质（风、流水、冰川等）在其运动的过程中使地表岩石产生破坏并将其剥离原地的作用。 包括：河流、地下水、海洋、湖泊、冰川、风的剥蚀作用。,冰川和风只能进行机械剥蚀作用，而水既能进行机械剥蚀作用，又能进行化学剥蚀作用。,（一）河流的侵蚀作用 1、河流概述 河流是地陆地表面有固定水道的常年水流。,2、河流的侵蚀作用,（1）河流的侵蚀作用主要有：机械侵蚀作用（冲蚀、磨蚀），化学侵蚀作用（溶蚀）。 （2）河流的机械侵蚀作用按其发展的方向分为两个类型， 一种称下蚀作用，主要是河流对河床底部的侵蚀破坏； 另一种称侧蚀作用，是河流对河岸两侧的侵蚀破坏过程。,A、河流的下蚀作用,下蚀作用侵蚀河床底部，使河床加长和加深。下蚀作用受到如下因素的影响： 强度因素河流纵坡降、水量、河床岩性、流速及含沙量 过程与产物V形谷；瀑布与向源侵蚀；河流袭夺与断头河 河流的侵蚀基准面与平衡剖面,V字形河谷,下切的河谷与阶地,跌水（瀑布）,河流的向源侵蚀,对称V,不对称V,宽深,B、河流的侧蚀作用 -上、中、下游的河谷形态,上游河谷窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵断面呈阶梯状并多急滩和瀑布的河段。 中游河谷比降已经和缓，河床位置比较稳定，侵蚀和堆积作用大致保持平衡，纵断面往往成平滑下凹曲线。 下游河谷宽广、河道弯曲，河水流速小而流量大，淤积作用显著，到处可见沙滩和沙洲。,B、河流的侧蚀作用 -上、中、下游的河谷形态,（二)地下水的剥蚀作用： 1、地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用与称为潜蚀作用。 地下水即潜水（第一稳定隔水层以上）也称重力水；层间水（地下两个稳定隔水层之间）透水层内的重力水又称承压水。,2、 喀斯特作用指地下水及部分地表水对可溶性岩石以化学溶蚀为主及机械侵蚀为辅的过程。作用的强弱与流体性质、岩石性质、气候、构造关系密切。 喀斯特地貌有石芽、石林（云南路南石林）；漏斗（落水洞、竖井、天坑）；孤峰；溶洞地貌（石钟乳、石笋、石柱等）。,（三）冰川的剥蚀作用 冰川陆地上终年缓慢流动着的巨大冰体。冰川运动是寒冷地区重要的地质营力。冰川有大陆冰川（严寒高纬度地区的极地冰川）和山岳冰川（中低纬度雪线以上的零星冰川）之分。 冰川作用冰川在运动过程中对地表的侵蚀并将侵蚀物搬运到一定场所堆积下来的过程。主要是刨蚀（挖掘、磨蚀）作用。,冰川地貌有冰缝、冰洞、冰山；冰蘑菇、冰牙、冰塔；冰斗、角峰、鳍脊；冰蚀谷（U形谷）、磨光面、冰擦痕、羊背石；冰碛（冰川后退，冰体消融，冰体携带的碎屑沉积）与漂砾。,（四）、风蚀作用风狭带沙粒沿地表流动时对地面物质的剥蚀作用。 风沙地貌（吹蚀地貌）常见风棱石、风蚀柱（蜂窝石）、风蘑菇、风蚀洞、风蚀城堡（风城，水平岩层经风蚀形成的平顶残丘）、风蚀垄槽（维语“雅丹”意即陡壁的风蚀垄槽。定向风沿裂隙吹蚀，使裂隙加宽、加深所致）、石檐。,（五）海洋与湖泊的剥蚀作用,（五）海洋与湖泊的剥蚀作用,海蚀作用的结果：使海岸从陡岸向缓岸转化，使曲岸变平直海岸，使以剥蚀为主的海岸向以堆积作用为主的海岸转化。 湖泊作用的特点与之类似。,三、搬运作用母岩风化产物被搬运介质（风、水、冰川）携带到它处的作用。 1、机械搬运作用：分为悬浮搬运和底运（滚动、滑动和跳跃）。 2、化学搬运：分为真溶液搬运和胶体搬运。,四、沉积作用：-是被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后，由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程。 1、沉积物：经过沉积作用形成的松散物质叫沉积物。 2、沉积单元：陆地和海洋是地球表面最大的沉积单元，前者包括河流、湖泊、冰川等沉积环境，后者可分为滨海、浅海、半深海和深海等环境。 3、沉积方式：基本可以分为3种类型，即机械沉积、化学沉积和生物沉积。,（一）碎屑物的搬运与沉积作用： 1、碎屑物在流水中的搬运与沉积作用：使碎屑物呈机械状态进行分散和集中。 搬运包括：悬移、跃移、推移,机械沉积分异作用：碎屑物质根据自身的颗粒大小、相对密度、形状及矿物成分不同，沿搬运方向发生有规律沉积的现象。 沿搬运方向： 颗粒由大到小 矿物碎屑相对密度由大到小 碎屑颗粒磨蚀程度由差到好 碎屑颗粒分选由差到好 岩石的矿物成分由复杂到简单,2、碎屑物在海洋湖泊中的搬运与沉积作用：波浪、潮流、海流为主要营力。 包括：悬移、跃移、推移,3、碎屑物在风作用下的的搬运与沉积作用 （1）风的搬运以悬运、跳跃和蠕动三种方式进行 悬浮搬运 在紊流及涡流的上举力作用下，细而轻的沙粒悬浮于气流而向前进，简称 悬移。 跳跃搬运 沙粒在气流中以跳跃的方式前进，简称跳跃。跳跃物往往是粒径0.2-0.5mm的砂。 蠕动搬运 当风速较小或者地面沙粒较大时，沙粒不能跳到空中，而是沿着地面滚动或滑动，简称蠕动。其动能来自于其它跳跃砂粒的撞击。 这三种搬运方式 中以跃移为主，其搬运量约为总搬运量的70-80%；蠕移量次之，约占20%；悬移量最少，一般不超过10%。,（2）风力堆积的物质称风积物。 风积物的特点 1）具碎屑性 2）良好的分选性 3）有较高的圆度 4）存在较多的铁镁质 5）极大交错层理 6）颜色多样 堆积方式 1）沉降堆积：因风速减弱而发生。 2）遇阻堆积 ：碎屑物因遇到障碍物而发生堆积。 风积地貌 1）沙堆 2）沙丘 1）新月型2）横向型3）纵向型 4）星状型,4 碎屑物质在冰川中的搬运和沉积 冰川的搬运是固体搬运即载移，搬运能力很大；其次，冻结在冰体；其次冻结在冰体中的岩石碎块不能自由移动，彼此间很少摩擦与撞击，只是岩块与岩壁间有摩擦；再者，冰川具有较大的压力。 冰川的搬运能力取决于冰川类型、流动速度、流经区岩石的性质和冰冻风化作用的强弱等因素。,5 碎屑物质在搬运过程中的变化 在搬运过程中，流水内各种酸的溶蚀作用，颗粒之间、颗粒与河床之间碰撞、磨蚀作用以及机械沉积分异作用，都使碎屑颗粒本身发生许多重大的变化。 随着搬运时间和距离的增加： 碎屑颗粒的粒度和密度由大变小； 颗粒的圆度和球度由差变好； 不稳定矿物逐渐减少，稳定矿物含量相对增加； 碎屑物质成分由复杂到单纯。,（二）溶解物质的搬运及沉积作用 母岩风化产物中的溶解物质，主要为 Cl , S , Ca , Na , K , Mg , P , Si , AI , Fe , Mn 等。其中前六种溶解度较大，呈真溶液；余者溶解度较小，主要呈胶体溶液。它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋内转移。 溶解物质在水中呈溶解状态搬运，称为溶运。,1 胶体溶液物质的搬运及沉积作用 胶体质点直径在 1 一 100 um 之间，多呈分子状态。 胶体质点带有电荷。当胶体质点的电荷在某些因素的影响下被中和时，质点之间的相互排斥力消失，它们就会相互凝聚而形成大的质点，并在重力的作用下迅速下沉，成为胶体沉积物，这是胶体溶解物质沉淀的根本原因。 引响胶体搬运和沉积的因素： 电解质的加入；不同电荷的胶体相互作用； pH 值和 Eh 值的改变； 水介质中，腐殖酸含量； 另外，生物作用、蒸发作用等。,1 胶体溶液物质的搬运及沉积作用 胶体沉积物常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等，具贝壳状断口，多为含水量很不固定的含水矿物，化学成分不够固定，并具离子交换性和吸附性，有失水干裂陈化或重结晶现象。,2 真溶液物质的搬运及沉积作用 真溶液物质的溶解度越大，越易搬运，但越难沉积。,3 化学沉积分异作用 包括胶体溶液和真溶液在内的溶解物质，在搬运、沉积过程中，根据其化学元素的活泼性或溶解度的不同，按一定的先后顺序进行沉积的过程称为化学沉积分异作用或化学分异作用。,（三）生物搬运与沉积作用：生物的新陈代谢和死亡后造成的堆积作用。有机械的和化学的以化学作用为主。 （四）掺和作用：指沉积物在搬运过程中，与分异作用相反的，使不同成分和性质的物质混杂在一起的一种地质作用。 （五）沉积地貌 有海洋的海滩地貌、砂咀、生物礁；河流的阶地、漫滩、边滩、心滩、天然堤；三角洲 ；洞穴沉积及石帐、石帘；黄土、沙漠等。,四、成岩作用松散沉积物经过物理化学作用逐渐变成坚硬岩石的过程。 包括胶结作用；压固（实）作用；重结晶作用；交代作用等。,1、压实（固）作用：,指沉积物在上覆水体和沉积物的负荷压力作用下，水分排出、孔隙降低及体积缩小的过程。,2、胶结作用： 胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出的矿物质（即胶结物）将松散的沉积物粘结成为沉积岩的过程。 胶结物的矿成分：最常见的胶结物有钙质、硅质、铁质和粘土质。,胶结物的来源：一部分是与沉积物同时形成的，或由地下水带来的。在重力产生的应力作用下颗粒间的接触点也可以部分溶解，并成为胶结物。 胶结物的产状：可以充填于岩石的部分空隙，也可以填满岩石的全部空隙。 砾岩、砂岩和粉砂岩等粗碎屑岩的形成主要靠胶结作用。 对于碳酸盐沉积物，往往在还没有被埋藏时就已经发生强烈的胶结作用。 胶结作用可使岩石的孔隙度和渗透性降低，特别是对那些彼此连通的孔隙影响较大。,3、交代作用：指一种矿物被另一种矿物替代的作用。交代作用在砂岩中最常见，如氧化石与方解石的相互替代，粘土矿物被氧化硅或方解石替代等。 碎屑岩中的胶结物被氧化硅交代，则称硅化作用。碳酸盐在成岩阶段，沉积物内方解石中的 Ca2+被水溶液上的 Mg2+交代，形成新矿物白云石 MgCa(C O3)2 的过程称为白云化，此外还有黄铁矿化、重晶石化等。,4、重结晶作用：是指在温度、压力的影响下，沉积物中的矿物组分部分发生溶解和再结晶，使非晶质变为结晶质，细粒晶变为粗粒晶，从而使沉积物固结成岩的过程。 沉积物中的胶结物发生重结晶作用后，可以形成颗粒细小的矿物，使颗粒间胶结得更紧，岩石变得更坚硬。重结晶前后，矿物的晶形、大小和排列方式发生改变，但化学成分不变。,重结晶作用的强弱，与矿物成分、颗粒大小等因素有关。易溶的矿物成分（如碳酸蛊类）比较容易发生重结晶作用。 一般颗粒越小，越容易被溶解，被溶解的成分容易沿较大果粒重新结晶，从而使大颗粒的矿物增多、增大。碳酸钙很容易重结晶而变成较粗大的方解石晶体。 重结晶作用在化学岩、生物岩及生物化学岩的形成过程中起着重要的作用。,